平焊法兰与圆筒角接焊缝的剪应力强度计算分析.pdf

《平焊法兰与圆筒角接焊缝的剪应力强度计算分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、静设备石油化工设备技术，2010，31(4)·16·Petro—ChemicalEquipmentTechnology平焊法兰与圆筒角接焊缝的剪应力强度计算分析张志芳(中国石化工程建设公司，北京100101)摘要：关于平焊法兰与圆筒角接焊缝剪应力的计算，我国标准GB15O～1998~钢制压力容器》一直沿袭ASME第Ⅷ卷第一分篇的方法，而这一方法对于剪切载荷的确定并不准确。文章针对此问题分工况进行探讨，得出预紧状态下角焊缝并不受力；操作状态下，若角焊缝腰高取与圆筒厚度相等，则焊缝剪应力自动满足强度要求，无需

2、校核计算等几项结论。此外还讨论了法兰与夹套相连时的角焊缝的强度校核。关键词：平焊法兰；圆筒体；角接焊缝；剪应力在炼油化工装置中，平焊法兰是一种被广泛F。一才作用到角焊缝上，其余两部分载荷应用的法兰型式。与长颈法兰和圆筒的对接连接‘士则是作用在垫片上的(如图2所示)，因此，操作状不同，平焊法兰与圆筒的连接是圆筒伸入法兰环r、9内部并与法兰环采用角焊缝连接。因此，按照态下角焊缝的剪切载荷仅为乡，而在ASMELtGB1501998的规定，这种型式法兰的设计计计算中，将上述三部分载荷同时作为剪切载荷也算，除应校核

3、法兰本体的强度和螺栓所需面积外，是十分保守的。还应当校核法兰与圆筒角接焊缝的剪应力强度。对于此类剪应力的计算，GB150—1998标准沿袭ASME第Ⅷ卷第一分篇的方法，按预紧和操作两种状态进行计算，而用于计算两种状态焊缝剪应力的剪切载荷则分别采用两种状态下的螺栓设计载荷。本文通过对焊缝的受力分析，探讨其计算中剪切载荷取值的合理性和剪切应力校核的必要性。1预紧状态甲焊法兰筒角接焊缝的1预紧和操作状态下角接焊缝剪切载荷的确定剪应力受力分析示意1．1预紧状态下角接焊缝剪切载荷的确定1．2．2外压工况如图1所示，

4、在螺栓预紧载荷作用下，垫片压根据GB150～1998标准第9．6条规定：“外紧力作用中心圆直径为D。，即垫片的反力F作压法兰可按内压法兰计算，但螺栓面积仅需按预用不到圆筒与法兰连接的角接焊缝(以下简称角紧状态考虑”，而在外压操作状态下，螺栓设计载焊缝)上，因此，此时角焊缝并不受力，剪切载荷应荷W。一0，按照GB150—1998标准螺栓设计载为零。而ASME的计算，将预紧状态的螺栓设计荷即为剪切载荷的规定，此时角焊缝的剪切载荷载荷作为剪切载荷显然是极其保守的。收稿El期：2o1003—30。1．2操作状态下

5、角焊缝剪切载荷的确定作者简介：张志芳(1974一)，女，河北新河人，1996年毕业于1．2．1内压工况大连理工大学化工机械系化工设备与机械专业，工学学士，在操作状态下，螺栓设计载荷由三部分组成，一直从事压力容器设计工作，已发表论文1篇，高级工程师。即W。===F。+F+F，而这三部分载荷中，只有Email：zhangzf@sei．corn．cn第31卷第4期张志芳．平焊法兰与圆筒角接焊缝的剪应力强度计算分析亦为零，即角焊缝不受力。事实上，不论内压、外兰连接的角焊缝剪切载荷确定方法：压，F。始终作用于角焊缝

6、上，只是方向相反而已，因此，在外压操作状态下，角焊缝的剪切载荷亦应为。在这种工况下，按GB150-1998标准计算，则是偏于冒进的。图3平焊法兰与圆筒焊接示意2操作状态(内压)平焊法兰与圆筒角接焊缝的剪应力受力分析示意2操作状态下角焊缝剪应力校核图4一端有夹套平焊法兰与圆简角接焊缝的剪应力受力分析示意在内压P。作用下，圆筒的厚度是按其环向薄膜应力小于等于设计温度下的许用应力由计算(1)内筒和夹套同为正压或同为负压得到的。由于环向薄膜应力为轴向应力的2倍，根据本文1．2中所述的方法可以确定，此时因此圆筒承受

7、轴向应力所需的厚度仅为2，即圆角焊缝受到的剪切载荷为F。与F。的差值，即：筒承受轴向载荷所需的横截面积为1／2兀D(2)。F一F。一(。一Pc)GB150—1998标准第9．5．3．3．3b)项规定，(2)内筒和夹套一为正压一为负压校核角焊缝剪应力时，剪切面积A按nDz计算，与上述情况相反，此时角焊缝受到的剪切载因法兰内径与圆筒内径近似相等，当z取与相荷应为F。与F。叠加，即：等时(见图3)，一条角焊缝的剪切面积即与圆筒的横截面积nD近似相等。由此可见，此时一条lF功l+lF。l一(}P。I+}P1)角焊

8、缝的剪切面积近似为所需面积的2倍。而3．2两端有夹套平焊法兰的·隋况GB15O一1998标准第9．5．3．4e)项规定，设计温两端有夹套平焊法兰的结构见图5。度下的许用剪应力取其在此温度下许用应力的当两端均有夹套平焊法兰与内筒和夹套同时0．8倍，即可理解为一条角焊缝的“当量剪切面图5，在内筒侧，内筒与法兰的角焊缝仍需承受剪积”为0．87【D>0．5丌D，亦即当z一时，一条角焊缝在操作状态下的剪切面积恒大于所需剪切面切载荷F。一